低平原区海绵城市建设探讨

陈冬青

(河北省沧州水文水资源勘测局，河北 沧州 061000)

1 海绵城市定义

海绵城市是指，具备像海绵一样在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好“弹性”功能的城市，遵循“渗、滞、蓄、净、用、排”这六字方针，下雨时能够吸水、蓄水、渗水、净水，并在需要时将蓄存的水,释放并加以利用。近年来，海绵城市建设在全国各地得到了推广和实施。

2 沧州市主城区现状分析及对策

沧州市位于河北省东南部。东临渤海，北靠京、津与廊坊，西临衡水、保定，南接山东省。沧州市主城区多年平均降雨量571.7mm(系列1970—2015年)，降水年内分布不均，主要分布在汛期(6—9月)，汛期降水占全年降水量的八成左右。主城区暴雨内涝问题也较为突出，每遇强暴雨时，可致市区内多条主要交通路段积水。

沧州市主城区多年地下水平均埋深为0.8～4.0m。其中主汛期埋深1.5～2.0m。沧州市浅层地下水大部分是苦咸水和微咸水，其中淡水区面积占总面积的6.5%；其余为咸水区，占据了总面积的93.5%。

根据沧州特殊地理环境和沧州水文局多年的主城区观测资料(降雨、河道水位和流量、地下水、路面积水、泵站外排水量等系列资料)，对海绵城市建设各项措施进行分析。

2.1 沧州海绵城市建设雨洪资源下渗分析

2.1.1浅层地下水资源

浅层地下水的埋深直接影响雨洪资源下渗总量和速率，制约着海绵城市的规划和设计。沧州市浅层地下水埋深随区域和时间不同而不同，根据沧州水文水资源勘测局多年观测资料统计，沧州市主城区浅层地下水埋深为0.8～4.0m。以2016年沧州市区地下水为例进行分析，结果见表1，如图1所示。

2016年沧州市主城区浅层地下水平均埋深在1.84～3.05m之间，6月地下水埋深最大，8、9月地下水埋深最小，说明通过汛期降雨地下水已得到很好的补给。8、9月降雨下渗处于一个饱和状态，浅层地下水开发利用率很低，使得地下水循环停留在静止状态，没有转换过程发生。由于1—4月和10—12月埋深变化较小，在2.20～2.40m之间，说明浅层地下水开采量很小且降雨补给较少，主要是浅层蒸发和地表水互相补给。

图1 2016年沧州市主城区浅层地下水平均埋深

2.1.2建设海绵型城市地下水管理措施

要解决好海绵城市“渗”的问题，首先要解决好浅层地下水利用的问题，只有利用浅层地下水才能使得地下水处于一个循环状态，避免出现一次暴雨过后，所建设工程措施(截渗沟、透水绿地和透水路面)失去下渗的作用。主要可以采取以下措施建立地下水循环机制。

表1 2016年沧州市主城区地下水平均埋深统计 单位：m

(1)市政喷洒路面喷洒用水可以利用浅层地下水(现状喷洒道路用的是自来水)，按照现阶段的城市喷洒生态水方案，全市一年可以消耗浅层地下水190万m3。

(2)鼓励个体洗车场用浅层地下水。

(3)企事业单位、学校、宾馆厕所用水，可以推广用浅层地下水。

(4)地下水适时补充景观用水，非汛期可利用浅层地下水补充景观用水。

以上对于浅层地下水利用可增加市区的开采量，汛期降低浅层地下水位，暴雨来临可增加地下水蓄水量。

2.2 建设海绵型城市暴雨洪水滞缓措施

海绵城市建设中，削减暴雨强度、延缓汇流时间、增加暴雨积水的截滞空间，建设蓄滞工程，目的主要是削减排水设施的洪峰和增加雨水的利用率。

(1)在新建项目或扩建项目中增加雨水收集装置，收集雨水可以供绿化、小区消防用水。

(2)在小区或路边通过建设凹式绿地、绿色屋顶等，可以达到“滞”的目的。

(3)可以改建或新建小区回流管道和明渠长度，延缓主排水管网的汇流时间。

(4)加大排水管道直径和新建地下蓄水工程，以削减汇流水量。

2.3 建设海绵型城市蓄水措施

2.3.1沧州市主城区蓄水坑塘现状

随着城市的快速发展，城市扩张使得市区部分绿地、坑塘填埋变成了不透水建筑用地(2008年沧州市区坑塘数量是28个，到2015年减少至21个)。现阶段沧州市主城区所有坑塘总蓄水库容为262万m3。市区较大坑塘有南湖、荷花池、南运河、人民公园、阿尔卡迪亚、颐和庄园等。现阶段为防止景观水污染，雨洪资源不直接进入坑塘。

2.3.2利用景观坑塘，解决市区暴雨内涝调蓄建议

(1)建设雨污分流管网，使得暴雨积水通过下沉绿地和管网流入景观坑塘，充分利用现有景观坑塘的调蓄能力，让径流还原到以前的坑塘排蓄状态，从而减少主管网的汇流，减小排水主管网的压力。

(2)通过沟渠、涵洞连通地势相近的坑塘，使得景观水处于流动的循环状态，增加景观水的活力，提升坑塘自净能力。

(3)通过天气预警、预报采取调蓄措施，有效控制各坑塘水位，增加调蓄功能。

2.4 建立水生态修复设施，完善景观用水自净能力

(1)通过沟渠、涵洞连通主城区地势相近的坑塘，利用泵站等设施使坑塘水流动起来。在景观坑塘利用浮岛式水质净化植物，进行水体净化。

(2)在城区外运东、运西建立2个较大湿地，引入市区连通景观坑塘水体，利用水质净化植物净化水体，景观蓄水通过自身坑塘和湿地2次生物净化使水质达标。在非汛期，湿地水和市区景观坑塘用水进行交换、回引，使市区水体处于循环状态，达到缓解城市排水管网压力和水体自净的效果。

根据城市暴雨积水软件模拟30a一遇市区积水量，根据湿地净水置换周期确定湿地库容。根据国内人工湿地净化水质研究成果，当水温>25℃时，水体置换周期为5～10d，水温<25℃时，可以延长水体置换周期。选取夏季水体置换周期为7d，进行湿地规模设计。

根据景观水体的置换周期设计每天需要处理的水量，计算公式如下：

Qx=V/T

(1)

式中，Qx—循环处理水量，m/d；V—景观水体中的水量，m3；T—置换周期，d。

湿地面积确定公式：

Ax=Qx/HL

(2)

式中，HL—水利负荷，可取0.8～1.2m3/(m2·d)。

经计算：30a一遇降雨量设计湿地净化面积为39.4万m2。

2.5 沧州市排水措施分析

2.5.1排水现状

沧州市的特殊地理位置是超量开采深层地下水导致地面沉降的原因，导致主城区外排水需要靠泵站外排，运东区域由小代庄、津德路和鞠官屯泵站最后外排至沧浪渠。运西区域由大杨庄和新华路泵站最后外排小流津河。沧州市主城区排水管道总长度为332km，外排水能力为45.93m3/s。

2.5.2沧州泵站外部排水渠道

(1)南运河设计流量为300m3/s。由于地面下沉和淤积等原因，南运河现阶段过水能力为60～70m3/s。

(2)沧浪渠：沧浪渠全长68.0km，设计流量100m3/s，现阶段沧浪渠污水处理厂下游淤积严重，但是部分断面过于狭窄不足6m2，经测算此处渠道排水能力为6～8m3/s。

(3)小流津排水渠：小流津排水渠设计流量32m3/s。现阶段市区上游段排水能力10～12m3/s。无法满足泵站排水。

2.5.3排水设施面临问题及处理方法

(1)外排河道现状满足不了泵站排水能力，对泵站下游河道进行清淤，结合现阶段“河长制”实施管理。

(2)城市扩建导致排水泵站外迁，增大了汇流面积、延长了积水持续时间。泵站不宜外迁，可建设压力式排水管道，增大排水能力，达到减少积水缩短汇流时间的目的。

(3)沧州市加快建设雨污分流排水管道建设，雨污分流建成后将大大减少污水处理厂的工作压力，适时补充景观用水，缓解沧州排水压力。

3 结论

各地海绵城市建设要因地制宜、合理论证，制定适合城市发展的建设方案。结合上述分析沧州市海绵城市建设需注意的事项如下。

(1)海绵城市建设对低平原区浅层地下水合理开发与利用提出规划方向。开发利用好浅层地下水，建设浅层地下水循环措施，为海绵城市建设创造下渗环境。

(2)海绵城市建设对泵站、排水管网及外排河道的规划、设计、管理对提出可行性意见。

(3)海绵城市建设对主城区雨洪资源净化及利用、景观坑塘调蓄能力，提出合理的规划意见。

(4)城市建设是一个地区经济发展的产物，城市建设始终处于一个变化发展的状态，在海绵城市建设中以及建成后均应加大资金投入进行研究和分析，发现问题及时调整设计和建设方案，确保海绵城市建设工程投资的高效性。